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超分散マイク・スピーカーによる複数の音焦点形成

研究報告コード R070000159
整理番号 R070000159
掲載日 2008年4月11日
研究者
  • 加賀美 聡
研究者所属機関
報告名称 超分散マイク・スピーカーによる複数の音焦点形成
報告概要 人がシステムを操作するタイプの従来型ヒューマンインターフェースに対し,より直感的に人とインターフェースする知覚型ユーザインタフェース(Perceptual User Interface)への期待と要求が高まってきている.本研究は広い範囲で動き回る人に離れたところから選択的に高品質に音を授受する手法を確立することを目的とする.対象とする人の頭部周辺に「スポット状」の高感度・高音圧分布を作り出してS/N比の高い集音と音声伝送とを実現し,たとえその人が動いてもオンラインで追従させることが可能なシステムの実現を目指す.言わば「聞き耳をたてる」ような形で音声を集音し,「耳元で語りかける」ような形でその場所だけ音を聴かせる技術を確立する.音の焦点を絞るためには,マイクロフォンアレイやスピーカーアレイを用いて特定の場所で位相が揃うように各素子を制御することにより望遠マイクや望遠スピーカーを構成可能である.電波望遠鏡や開口合成レーダーなども同様の原理に依っている.しかし可聴音の周波数帯域は1000倍オーダーで広がっていること,波長が長いために装置の規模が大きくなること,などからこれまではS/N比の高いシステムの実現が困難であった.音場シミュレーションでは十分なS/N比を得るためには数十以上の素子が必要であるとの結論が得られた.そこで従来はアナログロジック回路やDSPにより構成された固定焦点の望遠マイクアレイなどの研究が行われている.しかし近年,計算機が劇的に高速化し,リアルタイムOSのソフトウエア技術の進歩と相まって,例えばCDクオリティーの音を発生させる数十マイクロ秒の間に十分な入出力と計算能力を備えるようになってきた.また同時に広帯域のネットワーク機能をローカルに用いることができるようになった.このため本研究で提案する数百~千のオーダーのマイク・スピーカーネットワークを構築し,多焦点を形成することが可能になってきた.このように距離の異なる素子からその場で位相を揃えることにより生成された焦点で聞こえる音は,球面上に広がる一般の音と異なり,その場だけで急激に音圧が上昇するため,その場所から離れるとほとんど聞こえない.そのために対象となる人の頭のなかに直接音がするような印象を与える.またマイクアレイでは,全ての入力を保存することにより,その環境内の全ての場所に「後から」焦点を当てることができるようになる.この手法を用いると三次元の環境+時間軸の四次元の音場を全て記録できることになり,例えば話者がどこにいるかと言った音源位置計測,あるいは任意の場所では音がどのように聞こえていたかを再現する任意の場所での音再生などが可能になる.研究者は,視覚・行動計画・全身制御をオンラインで行うヒューマノイドロボットの研究を行ってきており,PCをベースにしたリアルタイムOSによる多入出力システムの設計と制御において成果を挙げてきた.また平成14年度に東京理科大学の溝口教授・ベンチャー企業であるアールラボ社と共同でIPA未踏ソフトウエア事業の補助を得て,64個のマイクとスピーカーを一直線に配置するシステムを作成し10dB以上の利得を得る基礎実験に成功した.しかしこの時のシステムでは焦点を形成できるエリアが限られ,また複数の焦点を形成する手法が確立されていないなどの欠点があった.そこで本研究では10以上の焦点に対してS/N比を20dB以上得るために数百オーダーのシステムを実現し,多焦点形成アルゴリズムの研究を行った.
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研究分野
  • 音響変換器,その他の機器
関連発表論文 (1) Virtual Earphone: Integration of Beam Forming by Speaker Array and Real-time Visual Face Tracking H. Mizoguchi, T. Kanamori, S. Kagami, K. Hiraoka, M. Tanaka, T. Shigehara Key Engineering Material, Vol. 243-244, pp. 117-122, 2003
(2) Circular Microphone Array for Meeting System Y. Tamai, S. Kagami, H. Mizoguchi, K. Nagashima Proceedings of IEEE INternational Conference on Sensors 2003, pp. 1100--1105, October 2003
(3) Simultaneous Generation/Capture of Multiple Focuses Sound Beams Y. Tamai, S. Kagami, H. Mizoguchi, K. Nagashima IEEE International Conference on System, Man, Cybernetics 2003 (SMC2003), pp. 750_WD5_4_970(CD-ROM)., Oct., 2003
(4) Visually Steerable Sound Beam Forming Method Possible to Track Target Person by Real-Time Visual Face Tracking and Speaker Array Kensuke Shinoda, Hiroshi Mizoguchi, Satoshi Kagami, Koichi Nagashima Proceedings of 2003 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC'03), 2003
(5) Circular Microphone Array for Meeting System Y. Tamai, S. Kagami, H. Mizoguchi, K. Nagashima IEEE INternational Conference on Sensors 2003, pp. 1100--1105., 2003
(6) Modeling and Simulation of Sound Spot Forming by Orthogonal Two Lines of Speaker Array Takakiyo Toba, Hiroshi Mizoguchi, Satoshi Kagami, Koichi Nagashima, Shinji Ogihara, Shoji Noguchi, Masanori Kikuchi Proceedings of The 3rd International Conference on Numerical Analysis in Engineering 2003 (NAE2003), pp. 2-1--2-6., 2003
(7) Microphone Array for 2D Sound Localization and Capture Satoshi Kagami, Hiroshi Mizoguchi, Yuuki Tamai, Takeo Kanade Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics & Automation (ICRA04), pp. 703--708., Apr., 2004
(8) Microphone Array for 2D Sound Localization and Capture Satoshi Kagami, Hiroshi Mizoguchi, Yuuki Tamai, Takeo Kanade Proceedings of The 9th International Symposium on Experimental Robotics(ISER04), pp. ID167(CD-ROM)., Jun., 2004
(9) Visually Steerable Sound Beam Forming System based on Face Tracking and Speaker Array Hiroshi Mizoguchi, Yuki Tamai, Kensuke Shinoda, Satoshi Kagami, Koichi Nagashima Proceedings of 17th International Conference on Pattern Recognition (ICPR2004), Cambridge, pp. 977--980., Aug., 2004
(10) Invisible Messenger: Visually Steerable Sound Beam Forming System based on Face Tracking and Speaker Array Hiroshi Mizoguchi, Yuki Tamai, Kensuke Shinoda, Satoshi Kagami, Koichi Nagashima Proceedings of 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS04), pp. 2417--2421., Oct., 2004
(11) Measurement of 3D Sound Field Formed by Orthogonal Three Lines Speaker Array Kota Sakaya, Takakiyo Toba, Hiroshi Mizoguchi, Satoshi Kagami, Tachio Takano, Koichi Nagashima Proceedings of 2004 IEEE International Conference on Systems, Man & Cybernetics(SMC04), pp. 2757--2762., Oct., 2004
(12) Circular Microphone Array for Robots' Audition Yuuki TAMAI, Satoshi KAGAMI, Yutaka AMEMIYA, Hiroshi MIZOGUCHI, and Tachio TAKANO Proceedings of the Third IEEE International Conference on Sensors, pp. 565--570, October 2004
(13) Detectig and Segmenting Sound Sources by Using Microphone Array Satoshi Kagami, Yuki Tamai, Hiroshi Mizoguchi, Koichi Nishiwaki, Hirochika Inoue Proceedings of 2004 IEEE-RAS/RSJ International Conference on Humanoid Robots(Humanoids2004), pp. 67paper(CD-ROM)., Nov., 2004
(14) 3D Sound Spot Forming by Multi Axis Speaker Array for Environmental Robot Kota Sakaya, Hiroshi Mizoguchi, Takakiyo Toba, and Satoshi Kagami Proceedings of the 2005 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 170--175, July 2005
(15) Visible and Steerable Sound Spot Generation by LCD Projector and Speaker Array Takafumi Nakamura, Takuya Kamakura, Hiroshi Mizoguchi, Kota Sakaya, Satoshi Kagami, and Hiroshi Takemura Proceedings of 2005 International Technical Conference on Circuits/System, Computers and Communications, pp. 1313--1314, July 2005
(16) Three Dimensional Sound Spot Forming by Multiple Lines Speaker Array Masato Oshima, Kota Sakaya, Takakiyo Toba, Hiroshi Mizoguchi, Satoshi Kagami, Koichi Nagashima, and Tachio Takano Proceedings of 2005 International Technical Conference on Circuits/System, Computers and Communications, pp. 1311--1312, July 2005
(17) Three Ring Microphone Array for 3D Sound Localization and Separation for Mobile Robot Audition Yuki TAMAI, Yoko SASAKI, Satoshi KAGAMI, Hiroshi MIZOGUCHI Proceedings of 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2005), Edmonton, Canada, pp. 903--908., Aug., 2005
(18) 2D Sound Source Localization on a Mobile Robot with a Concentric Microphone Array Yoko Sasaki, Yuki Tamai, Satoshi Kagami, Hiroshi Mizoguchi Proceedings of IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics(SMC2005), Hawaii, USA, pp. 3528--3533., Oct., 2005
(19) Home Robot Service by Ceiling Ultrasonic Locator and Microphone Array Satoshi Kagami, Simon Thompson, Yoshifumi Nishida, Tadashi Enomoto, Toshihiro Matsui Proceedings of 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA2006), Orlando, Florida, pp. 3171--3176., May., 2006
(20) Multiple Sound Source Mapping for a Mobile Robot by Self-motion Triangulation Yoko Sasaki, Satoshi Kagami, Hiroshi Mizoguchi Proceedings of the 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2006), Beijing, China, pp. 380--385., Oct., 2006
(21) Combining Ubiquitous and On-Board Audio Sensing for Human-Robot Interaction Simon Thompson, Satoshi Kagami, Yoko Sasaki, Yoshifumi Nishida, Hiroshi Mizoguchi, Tadashi Enomoto. Proceedings of the 2nd ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction, March 2007 (to appear).
(22) ロボットアナトミー 稲葉雅幸,加賀美聡,西脇光一 岩波講座ロボット学 第7巻,全369頁,岩波書店,ISBN:4000112473,2005年2月
研究制度
  • 戦略的創造研究推進事業 さきがけタイプ(旧若手個人研究推進事業を含む)/情報基盤と利用環境
研究報告資料
  • 加賀美 聡. 超分散マイク・スピーカーによる複数の音焦点形成. さきがけ研究 研究報告会 「情報基盤と利用環境」領域 第3期研究者(研究期間2003-2006) 講演要旨集, 2006. p.36 - 46.

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